Физическая энциклопедия Том 4 - Порохов А.М.
Скачать (прямая ссылка):
¦ электрич. н магн. полей, частицы попадают в область всё более сильного магн. поля, испытывая индукц. ускорение вплоть до энергий в сотни МэВ. Te же процессы рассеяния, к-рые приводят к радиальному перемещению частиц к Земле, обусловливают их попадание в конус потерь (см. Магнитные ловушки). Он определяется соотношением между полем в вершине силовой линии (в экваториальной плоскости) и полем а
вблизи торца геомагн. ловушки
(в верх, слоях атмосферы). Частицы, у к-рых достаточно велика продольная (по отношению к магн. полю) компонента скорости при движении вдоль силовой линии, попадают в плотные слои атмосферы. Здесь онн сталкиваются с ионами или нейтральными атомами и тормозятся, «теряясь* среди тепловых ионов. После переноса в полярные области заряж. частицы готовы вновь «стать» полярным ветром и начать новый цикл. Помимо высыпания в верх, атмосферу др. механизмом потерь является перезарядка энергичных частиц (см. Перезарядка ионов) иа нейтральных атомах экзосферы. Этот процесс особенно важен для долгоживущих энергичных частиц. В целом различия в механизмах ускорения и потерь разных составляющих Р. п.— электронов, протонов и др. частиц — настолько
30 Мэб
велики, что делают условным нх объединение единым термином «частицы Р. п.».
Удержание заряж. частиц в Р. п. осуществляется геомагн. полем. В первом приближении его можно считать дипольним. Траектория заряж. частицы в ди-польном поле может рассматриваться как суперпозиция трёх циклич. движений: вращения вокруг силовой
Sp >1,0 МэВ
линии магн. поля, осцилляций вдоль силовой линии между точками отражения (расположенными симметрично относительно геомагн. экватора) и азимутального дрейфа вокруг Земли. Для описания пространственного распределения частиц в Р. н. используют координаты L и В. Они имеют смысл геоцентрнч. экваториального расстояния до силовой линии, вокруг к-рои частица совершает циклотронное вращение (L), и напряжённости магн. поля (В) в точке отражения, где продольная скорость частицы обращается в ноль, меняя свой знак. При перемещении от периферии в глубь магнитосферы интенсивность потоков частиц возрастает до нек-рого максимума и затем быстро падает. Чем выше энергия частиц, тем ближе к Земле расположен максимум интенсивности. Для интенсивности потока электронов характерно двугорбое распределение по L. Поэтому выделяют внутр. и внеш. Р. п. электронов с зазором на L — 2—3 Яз. Иногда употребляют понятия внутр. и внеш. Р. п. протонов. Такое разделение условно, поскольку распределение протонов данной энергии по L имеет один максимум. Теоретически профиль интенсивности потока частиц получают как результат пространственной диффузии частиц, диффузии и переноса частиц в пространстве скоростей. Механизмами, обеспечивающими стохастизацию траекторий частиц, служат рассеяние на волнах и на внезапных скачках магн. и электрич. полей, обусловленных резкими изменениями параметров плазмы солнечного ветра на фронтах межпланетных ударных волн. Конкурирующим механизмом сто-хастизацни может быть т. н. дииамич. хаос, связанный с нелинейными резонансами между осцилляциями по разл. степеням свободы. Существует достаточно разработанная теория диффузии частиц в фазовом пространстве. Построены модели взаимодействия частиц с разл. модами колебаний, наблюдаемыми в магнитосфере. Для подобного взаимодействия характерны нелинейные процессы, связанные с раскачкой плазменных неустойчивостей. Как правило, теоретич. модели хорошо описывают усреднённые во времени профили питенсИBHOCTH частиц. На рис. в и б изображены изолинии наблюдаемой интенсивности потоков (см-2-с-1) протонов характерных энергий #p{S и N — южный и северный магн. полюсы Земли). Нестационарные процессы и детальная пространственная структура потоков частиц описаны лишь фрагментарно. Требуют дальнейших эксперим. исследований н теоретич. анализа сильные вариации потоков частиц в Р. п. во время инжекции в период магнито-сферных суббурь и магн. бурь.
Помимо Земли Р. п. обнаружены у Юпитера, Сатурна и Урана, обладающих сильным магн. полем. Они обнаружены по регистрируемому на Земле декаметровому и километровому радиоизлучениям частиц Р. п. Потоки энергичных частиц непосредственно регистрировались при пролётах космич. аппаратов вблизи этих планет. Т. к. магн. поле планет-гигантов больше земного, они имеют более мощные магнитосферы и Р. п. Несмотря на подобие (с учётом соответствующего изменения масштабов) магнитосфер Юпитера, Сатурна и Земли, в
структуре их Р. п. имеются существ, различия. Они обусловлены тем, что спутники Юпитера и Сатурна оказываются в зоне Р. п. Эффект поглощения частиц поверхностью спутника может существенно изменить профиль Р. п. Сильное магн. поле Юпитера значительно ослабляет поток космич. лучей у верх, граннцы атмосферы. Это делает пренебрежимо малым вклад от распада нейтронов альбедо. В результате энергетич. спектр частиц в Р. п. Юпитера оказывается более «мягким», чем в Р. п. Земли. Большие размеры магнитосферы и мощная энергетика процесса ускорения (до IO13 Вт) делают Юпитер самым мощным источником космич. лучен ннзких энергий (1 — 10 Мэв).
